Способ разогрева дизельного топлива при низких температурах и устройство для его осуществления

1 Изобретение относится к машиностроению, к способам разогрева дизельного топлива при низких температурах в системах топливоподачи дизельных двигателей различного типа. Известен способ подогрева дизельного топлива, заключающийся в том, что электрический нагревательный элемент установлен непосредственно перед фильтровальными элементами (патент RU2008499 с 1) (1). Указанный способ является аналогом по отношению к заявляемому. Общим признаком для заявляемого способа и аналога является воздействие нагревательным элементом на дизельное топливо в условиях низких температур. Однако указанный способ является недостаточно надежным и эффективным, т.к. позволяет разогревать в условиях низких температур загустевшее топливо только непосредственно в зоне фильтров системы топливоподачи дизельного двигателя. Остальные же участки топливной системы в этот момент остаются неразогретыми, что приводит к дефициту поступления разогретого топлива в двигатель и его остановке. Известен способ разогрева дизельного топлива по патенту RU2008499 c1, заключающийся в том, что электрические нагревательные элементы размещены в топливном баке, что позволяет использовать бак не только по своему прямому назначению, но и как теплообменник(2). Указанный способ является прототипом по отношению к заявляемому. Общим признаком для заявляемого способа и прототипа является воздействие нагревательным элементом на дизельное топливо в условиях низких температур. Однако указанный способ-прототип обладает следующими недостатками: сложность электропитания (зависимость от бортовой электрической цепи) и неравномерность прогрева топлива на основных участках системы топливоподачи. Задачей заявляемого способа является повышение эффективности и надежности разогрева топлива на участках топливной системы бактопливный насос и бак-топливопровод. Поставленная задача достигается тем, что предложен способ разогрева дизельного топлива при низких температурах путем воздействия на него нагревательным элементом, когда разогрев топлива осуществляют волноводами, на которые подают ультразвуковые комбинированные колебания с частотой 28-100 кГц, при толщине волноводов не менее 0,3 мм и их длине, кратной длине волны подаваемой частоты,но не менее длины указанных участков топливной системы. Пример. Требуется разогреть замершее дизельное топливо. Для этого на нагревательные элементы, выполненные в виде волноводов 2 толщиной 0,3 мм и которые находятся на участках топливной системы бак-топливный насос и бак-топливопровод, подают в течение 10 с ультразвуковые комбинированные колебания с частотой 90 кГц. За счет знакопеременных напряжений, а также за счет поглощения ультразвуковой энергии волноводы нагреваются, и в замершем топливе возникает жидкий канал, по которому восстанавливается подача топлива. Известно устройство для осуществления способа разогрева дизельного топлива при низких температурах путем воздействия на него нагревательным элементом, когда нагревательный элемент выполнен в виде цилиндрической трубки из стеклопластика, внутри которой размещен токопроводящий элемент, изготовленный из углепластика, причем сам нагревательный элемент размещен в топливном баке системы подачи дизельного двигателя (патент РФ 2037067 с 1. Дата публикации 09.06.95). Данное устройство является прототипом по отношению к заявляемому. Общим признаком для заявляемого устройства и прототипа является наличие нагревательного элемента в топливном баке в системе топливоподачи дизельного двигателя. Однако устройство-прототип обладает следующими недостатками: низкая тепловая мощность (250-300 Вт вместо требуемых 1,5-2,5 кВт), локальность подогрева, пожароопасность,невозможность прогрева всего топливопровода,а также сложность конструкции, из-за чего снижается надежность работы. Поставленная задача достигается тем, что предложено устройство разогрева дизельного топлива при низких температурах, содержащее нагревательные элементы, отличающееся тем,что нагревательные элементы выполнены в виде гибкого волновода-проволоки, жестко связанного в зоне пучности колебаний с ультразвуковым преобразователем, причем длина волноводапроволоки кратна длине волны продольнопоперечных колебаний в волноводе. При этом нагревательный элемент может быть выполнен в виде гибкого волноводапроволоки, один конец которого жестко связан с ультразвуковым преобразователем, а другой конец в зоне пучности колебаний имеет жестко фиксированную контрмассу. При этом нагревательный элемент может быть выполнен в виде двух или нескольких волноводов-проволок одинаковой длины, жестко связанных в пучок дистанальными концами с ультразвуковым преобразователем и жестко связанных между собой в пучок на проксимальном конце. При этом нагревательный элемент может быть выполнен в виде двух или нескольких гибких волноводов-проволок, жестко связанных с ультразвуковым преобразователем, причем диаметр одного из волноводов-проволоки больше диаметра остальных волноводов 3 проволок, при этом тонкие волноводыпроволоки навиты на утолщенный волноводпроволоку с навивкой не менее одного витка и жестко связаны в пучок на проксимальном конце с утолщенным волноводом-проволокой. При этом нагревательный элемент может быть выполнен в виде волновода-проволоки,имеющей изгибы по всей своей длине, которые отстоят друг от друга на расстоянии, равном половине длины волны изгибных колебаний в материале волновода. Заявляемое устройство иллюстрируется фиг. 1-5. На фиг. 1 изображено заявляемое устройство, где 1 - ультразвуковой преобразователь; 2 - волновод-проволока; 3 - трубопровод. Устройство работает следующим образом. При замерзании или загустевании топлива включают на 5-15 с генератор ультразвуковых колебаний, которые при помощиультразвукового преобразователя (1) преобразуются в механические, и за счет знакопеременных напряжений,возникающих в волноводе-проволоке (2), резко возрастает температура последних, и на границе раздела металл-замершее топливо появляется кольцевой микроканал для прохода жидкого топлива под внешним давлением по всему трубопроводу на участках топливной системы бактопливный насос и бак-топливопровод. На фиг. 2 изображено заявляемое устройство, где 1 - ультразвуковой преобразователь; 2 - волновод-проволока; 3 - трубопровод; 4 контрмасса. Устройство работает следующим образом. При замерзании топлива включают на 5-15 с генератор ультразвуковых колебаний, которые при помощи ультразвукового преобразователя(1) преобразуются в механические, и за счет знакопеременных напряжений, возникающих в волноводе-проволоке (2), резко возрастает температура последних (свыше +50 С), и на границе раздела металл-замершее топливо появляется кольцевой микроканал для прохода жидкого топлива под внешним давлением по всему трубопроводу на участках топливной системы бактопливный насос и бак-топливопровод. При появлении микроканала вокруг металлического волновода-проволоки в жидкой фазе топлива возникают кавитационные пузырьки, которые приводят к дополнительному разрушению замершей фазы топлива и переходу ее в жидкую. При этом ширина проходного сечения канала возрастает, и топливо свободно может перемещаться по топливопроводу. На фиг. 3 изображено заявляемое устройство, где 1 - ультразвуковой преобразователь; 2,4 - волноводы-проволоки; 3 - трубопровод; 5 проксимальный конец волноводов проволок. Устройство работает следующим образом. При включении ультразвукового генератора на 5-15 с комбинированные колебания ультразвуковой частоты при помощи ультразвукового 4 преобразователя (1) передаются волноводампроволокам (2, 4), которые за счет знакопеременных напряжений, а также за счет поглощения ультразвуковой энергии в материале волноводов нагреваются, и в результате этого в замершем дизельном топливе возникает вокруг волноводов-проволок жидкий кольцевой канал,по которому восстанавливается подача топлива по всему топливопроводу на участках топливной системы бак-топливный насос и бактопливопровод. На фиг. 4 изображено заявляемое устройство, где 1 - ультразвуковой преобразователь; 4,2 - волноводы-проволоки; 3 - трубопровод; 5 проксимальный конец волноводов-проволок. Устройство работает следующим образом. При включении ультразвукового генератора на 5-15 с комбинированные колебания ультразвуковой частоты при помощи ультразвукового преобразователя (1) передаются волноводампроволокам (2, 4), которые за счет знакопеременных напряжений, поглощения ультразвуковой энергии и контактного трения между собой,вызванного разностью скоростей ультразвуковых колебаний различного типа (продольнопоперечно-изгибных и продольно-поперечнокрутильных колебаний), сильно нагреваются, и в результате этого в замершем дизельном топливе возникает вокруг волноводов-проволок жидкий кольцевой канал, по которому восстанавливается подача топлива по всему топливопроводу на участках топливной системы бактопливный насос и бак-топливопровод. На фиг. 5 изображено заявляемое устройство, где 1 - ультразвуковой преобразователь; 2 - волновод-проволока; 3 - трубопровод. Устройство работает следующим образом. При включении ультразвукового генератора на 5-15 с комбинированные колебания ультразвуковой частоты при помощи ультразвукового преобразователя (1) передаются волноводупроволоке (2), которые за счет знакопеременных напряжений, поглощения ультразвуковой энергии и контактного трения в зонах пучности колебаний волновода-проволоки и поверхности трубопровода нагреваются, и в результате этого в замершем дизельном топливе возникает вокруг волноводов-проволок жидкий кольцевой канал, по которому восстанавливается подача топлива по всему топливопроводу на участках топливной системы бак-топливный насос и бактопливопровод. Таким образом, заявляемый способ и устройство по сравнению с прототипом позволяет получить следующие преимущества:- уменьшить время разогрева топлива по всей длине трубопровода;- снизить потребляемую мощность системы разогрева топлива;- повысить эффективность действия ультразвука за счет возбуждения сложных типов колебаний в волноводах-проволоках (продоль 5 но-поперечно-изгибных и продольнопоперечно-крутильных колебаний) и использования различных источников тепла. Источники информации,принятые во внимание при составлении заявки 1. Патент RU2008499 с 1 кл. F 02M 31/125, опубл. 28.02.94, бюл.4 - аналог. 2. Патент RU2037067 с 1 кл. F 02M 31/125, В 65D 88/74, опубл. 09.06.95, бюл.16- прототип. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ разогрева дизельного топлива при низких температурах путем воздействия на него нагревательным элементом, отличающийся тем, что разогрев топлива осуществляют волноводами, на которые подают ультразвуковые комбинированные колебания с частотой 28-100 кГц при толщине волноводов не менее 0,3 мм и их длине, кратной длине волны подаваемой частоты, но не менее длины указанных участков топливной системы. 2. Устройство для разогрева дизельного топлива при низких температурах, содержащее нагревательные элементы, отличающееся тем,что нагревательные элементы выполнены в виде гибкого волновода-проволоки, жестко связанного в зоне пучности колебаний с ультразвуковым преобразователем, причем длина волноводапроволоки кратна длине волны продольнопоперечных колебаний в волноводе. 6 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что нагревательный элемент выполнен в виде гибкого волновода-проволоки, один конец которого жестко связан с ультразвуковым преобразователем, а другой конец в зоне пучности колебаний имеет жестко фиксированную контрмассу. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем,что нагревательный элемент выполнен в виде двух или нескольких волноводов-проволок одинаковой длины и жестко связанных в пучок дистальными концами с ультразвуковым преобразователем и жестко связанных между собой в пучок на проксимальном конце. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем,что нагревательный элемент выполнен в виде двух или нескольких гибких волноводовпроволок, жестко связанных с ультразвуковым преобразователем, причем диаметр одного из волноводов-проволоки больше диаметра остальных волноводов-проволок, при этом тонкие волноводы-проволоки навиты на утолщенный волновод-проволоку с навивкой не менее одного витка и жестко связаны в пучок на проксимальном конце с утолщенным волноводомпроволокой. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем,что нагревательный элемент может быть выполнен в виде волновода-проволоки, имеющего изгибы по всей своей длине, которые отстоят друг от друга на расстоянии, равном половине длины волны изгибных колебаний в материале волновода.